关于500 kV主变压器低压侧小区差动保护与CT极性问题的探讨

宋小欣，魏艺君

（国网江西省电力有限公司超高压分公司，江西 南昌 330029）

0 引言

随着江西超高压主网架构建设及改造的不断深化，为全方面保证江西主干电网的安全稳定运行，对超高压大容量主变的安全配置及事故预防上都提出了更高的要求[1-3]。

准确无误的电流互感器（CT）极性和保护方向是确保继电保护安全可靠运行的基础，大型发变组保护采用主后一体化的双重化配置模式，需要接入的CT电流回路较多，且部分CT电流回路同时供主保护、后备保护和异常运行保护共同使用，CT极性必须同时满足主保护、后备保护、异常运行保护的要求。由于大型发变组保护的配置及其二次回路的复杂性，导致CT极性和保护方向错误而引发的发变组保护误动或拒动的事情时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行[4-6]。目前，基于对超高电压等级主变差动保护的灵敏性要求，500 kV主变差动保护多配置为差动速断、分相差动及低压侧小区差动等多种保护[7-9]。低压小区差动保护作为差动主保护之一，是由两相套管CT及其外附CT构成的差动保护，作为低压开关与低压绕组CT间的区域保护，对主变低压侧保护意义重大。文中通过分析一起与CT极性相关问题致使主变低压侧小区差动保护动作的主变跳闸事件，展开对低压侧小区差动保护原理及主变低压侧套管极性判别的综合性分析与研究。

1 一起500 kV变电站主变跳闸事件分析

某500 kV变电站内有500 kV变压器1号主变、2号主变两台，采用继电保护双重化原则，每台主变按两套独立保护配置，其中2号主变保护改造前低压侧套管CT电流用于低压侧套管过流保护，改造后将低压侧套管CT电流用于低压侧小区差动保护。

2020年X月X日，某500 kV变电站进行2号主变保护改造后的送电调试，合上2号主变低压侧开关后，2号主变保护B套PCS-978T5-G低压侧小区差动保护动作，2号主变保护A套NSR-378T5-G未动作。

现场调取两套保护整组报告（见表1、表2）。

表1 主变保护A套NSR-378T5-G整组报告

表2 主变保护B套PCS-978T5-G整组报告

1.1 保护动作分析

经过现场核查，主变低压侧套管CT采用三角形接线，外附CT采用星型接线，对于2号主变两套保护的动作情况作分析如下。

对于2号主变保护A套NSR-378T5-G，装置采用星转角变换调整变压器各侧CT二次电流相位，设有低压侧小区差动启动元件，当低压侧小区差动电流大于低压侧小区差启动值时动作，启动后开放出口正电源，同时开放保护CPU相应保护元件。

低压侧小区差动保护动作方程为：

式中：差动电流表示为：

制动电流表示为：

其中（I1，…，In）为参与低压侧小区差动保护的电流，默认Ixqcd=0.4Ie。

低压侧额定电流为：

式中：Sn为变压器铭牌最大额定容量；UL为变压器低压侧一次额定电压；nLH-L为变压器低压侧外附CT变比。

由表1动作报告可知参与低压侧小区差动保护的低压侧最大相电流I1=0.345 A，低压侧绕组最大相电流经过折算为I2=1.732×0.198 A=0.344 A，根据式（1）有Ixr=（0.345 2+0.343）A/2=0.344 A，满足条件Ixr<2/3Ie，根据式（4）可求得最大小区差流Ixd=0.229Ie=0.229×3.007A=0.689 A，其值小于小区差动动作启动电流值Ixqcd=0.4Ie=1.2 A，未满足式（1）中保护动作条件Ixd>Ixqcd，故保护NSR-378T5-G小区差动保护未动作。

对于2号主变保护B套PCS-978T5-G，装置采用角转星变换调整变压器各侧CT二次电流相位，因此故障相、非故障相具有名特征。装置启动板设有不同启动元件，在启动板相应启动元件动作，同时保护板对应保护元件动作后才能跳闸出口，其中低压侧小区差动保护主要应用于高电压等级分相变压器，与分相比例差动保护配合使用，其动作方程为：

式中，I1、I2、Idw分别为低压侧1分支、2分支电流和低压侧绕组侧电流，Ixcdqd为低压侧小区差动启动定值，默认值为0.3倍In，Id为低压侧小区差动电流，Ir为低压侧小区差动制动电流，Kfb1为低压侧小区差动比率制动系数定值，In为CT二次额定电流。在计算低压侧小区差动电流时，低压侧绕组电流需进行转角计算，计算制动电流时使用未进行转角计算的低压侧绕组电流。

由式（3）及动作报告可计算得制动电流为Ir=0.335 A，CT二次额定电流In=1 A，差动电流Id=0.335 A+0.194×1.732 A=0.671 A大于低压侧小区差动启动定值，保护正确动作。

1.2 事件原因分析

通过2号主变两套保护的动作报告可计算分析出，在对低压侧套管电流进行折算后，发现低压侧套管电流与外附CT电流幅值近乎相等，小区差流约为低压侧套管电流幅值的两倍，初步判断低压侧套管CT或外附CT存在极性反接问题，导致出现较大小区差流，主变保护跳闸。

通过现场排查，现场低压侧套管CT同名端指向变压器，外附CT同名端远离变压器，将低压侧套管CT进行倒极性改造后，观察2号主变两套保护采样值正常，低压侧小区差动差流恢复正常。

2 关于低压侧小区差动保护与CT极性问题的思考

低压侧小区差动保护电流取自变压器低压侧外附电流互感器和低压侧三角内部绕组电流互感器，能反应变压器低压侧各类相间故障，主要应用于自耦变压器。通过分析上述一起500 kV变电站主变跳闸事件，由于CT极性问题，相关主变两套保护其中一套保护低压侧小区差动保护正确动作导致主变跳闸，警醒从事继电保护相关工作人员应提高对主变低压侧小区差动保护CT具体配置情况的熟悉程度，以及充分认识在设备投运前正确判断CT极性重要性。

2.1 电流互感器的极性

电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。电流互感器的极性与保护密切相关，若电流回路或CT绕组极性错误未及时纠正更改，将会造成计量错误、保护装置拒动或误动等隐患，甚至造成更严重的后果[10-12]。

电流互感器的极性指的是某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正或同时为负，我们称此极性为同极性端或同名端，用符号“*”或“.”表示。电流互感器采用减极性原则进行标注[13-15]，即当同时从一、二次绕组的同极性端子（同名端）通入相同方向的电流时，它们在铁芯中产生磁通的方向相同，其目的是为了保证二次设备感受到的电流方向与一次电流方向保持一致。

2.2 判别CT极性方法

通常情况下，电流互感器一次线圈极性端标注为P1或L1，二次线圈极性端标注为S1或K1，一般可通过查询标识判断CT极性。现场实际工作中，由于种种原因如在电气施工图中一般对电压电流回路与保护装置极性连接未做明确设计与规定，需要通过现场试验加以确定电流互感器两侧绕组极性。

传统测试CT极性可采用电压法，即将电流互感器一二次线圈尾端相接，在二次线圈通入1～5 V的交流电压U1，再用10 V以下小量程交流电压表分别测量一次线圈电压U2以及一二次线圈首端间电压13，若的U3值为U1与U2之间差值则为同极性，若为U1与U2和值则为异极性。

在文中所提及的主变跳闸事件中，由于主变低压侧套管CT变比较大，用电压法测量时一次线圈电压U2与一二次线圈首端间电压U3的值非常接近，通过电表难以判断，现场实际工作中考虑采用直流法，即用9 V干电池正极接CT一次极性标注端，二次侧接直流型小电流指针表且电流表正极接CT二次侧绕组标注极性端，若试验时干电池接入瞬间电流指针正偏转，则CT两侧标注极性端为同极性端，反之电流指针反偏转则是异极性端。

变压器低压侧套管CT尾端接在变压器内部，采用直流法需拆除套管CT进行测量，无法直接在其一次侧用直流电池或试验仪器，可通过在套管CT一次侧两端接毫伏表，在其二次侧接起调压作用的试验仪用于输出交流电压，若毫伏表随着输出交流电压的值增大而正偏转，则为同极性，反之则为反极性，此方法还可以验证套管CT变比，且不用拆除套管CT即可进行，提高工作效率。

3 结语

在电力系统中变压器作为承担电压变换、电能分配和传输的关键设备，它的安全可靠运行对电网稳定具有至关重要意义。文中通过分析一起500 kV自耦变压器低压侧小区差动保护动作引起主变跳闸事件，分析低压侧小区差动保护原理与CT配置情况，并针对现场实际工作中发生的设备投运后因电流互感器极性接反或相关原因致使发生影响继电保护及电能计量功能正确性、保护拒动或误动等一些不良后果的问题，提出现场针对不同情况应采用不同判别CT极性的方法，为现场电气设备二次回路调试及维护等工作提供参考。